內核中工作隊列(linux工作隊列)

Linux自從2.6.20之後,工作隊列發生了一些變化,目前從網絡上搜索的資料一般都是介紹老版本的工作隊列,很少見到對新版本的介紹。本文對新老版本都做了簡要概述,並分別提供了簡單的實作案例。

工作隊列(work queue)是Linux kernel中將工作推後執行的一種機制。這種機制和BH或Tasklets不同之處在於工作隊列是把推後的工作交由一個內核線程去執行,因此工作隊列的優勢就在於它允許重新調度甚至睡眠。

工作隊列是2.6內核開始引入的機制,在2.6.20之後,工作隊列的數據結構發生了一些變化,因此本文分成兩個部分對2.6.20之前和之後的版本分別做介紹。

1、2.6.0~2.6.19

數據結構:

struct work_struct {

    unsigned long pending;

    struct list_head entry;

    void (*func)(void *);

    void *data;

    void *wq_data;

    struct timer_list timer;

};

pending是用來記錄工作是否已經掛在隊列上;

entry是循環鏈表結構;

func作爲函數指針,由用戶實現;

data用來存儲用戶的私人數據,此數據即是func的參數;

wq_data一般用來指向工作者線程(工作者線程參考下文);

timer是推後執行的定時器。

work_struct的這些變量裏,func和data是用戶使用的,其他是內部變量,我們可以不用太過關心。

API:

1) INIT_WORK(_work, _func, _data)

初始化指定工作,目的是把用戶指定的函數_func及_func需要的參數_data賦給work_struct的func及data變量。

2) int schedule_work(struct work_struct *work)

對工作進行調度,即把給定工作的處理函數提交給缺省的工作隊列和工作者線程。工作者線程本質上是一個普通的內核線程,在默認情況下,每個CPU均有一個類型爲“events”的工作者線程,當調用schedule_work時,這個工作者線程會被喚醒去執行工作鏈表上的所有工作。

3) int schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long delay)

延遲執行工作,與schedule_work類似。

4) void flush_scheduled_work(void)

刷新缺省工作隊列。此函數會一直等待,直到隊列中的所有工作都被執行。

5) int cancel_delayed_work(struct work_struct *work)

flush_scheduled_work並不取消任何延遲執行的工作,因此,如果要取消延遲工作,應該調用cancel_delayed_work。

以上均是採用缺省工作者線程來實現工作隊列,其優點是簡單易用,缺點是如果缺省工作隊列負載太重,執行效率會很低,這就需要我們創建自己的工作者線程和工作隊列。

API:

1) struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name)

創建新的工作隊列和相應的工作者線程,name用於該內核線程的命名。

2) int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work)

類似於schedule_work,區別在於queue_work把給定工作提交給創建的工作隊列wq而不是缺省隊列。

3) int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work, unsigned long delay)

延遲執行工作。

4) void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq)

刷新指定工作隊列。

5) void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq)

釋放創建的工作隊列。

下面一段代碼可以看作一個簡單的實作:

void my_func(void *data)

{
    char *name = (char *)data;
    printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, name);
}
struct workqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”);

struct work_struct my_work;
INIT_WORK(&my_work, my_func, “Jack”);
queue_work(my_wq, &my_work);
destroy_workqueue(my_wq);

2、2.6.20~2.6.??

自2.6.20起,工作隊列的數據結構發生了一些變化,使用時不能沿用舊的方法。

數據結構:

typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);

struct work_struct {

    atomic_long_t data;

    struct list_head entry;

    work_func_t func;

};

與2.6.19之前的版本相比,work_struct瘦身不少。粗粗一看,entry和之前的版本相同,func和data發生了變化,另外並無其他的變量。

entry我們不去過問,這個和以前的版本完全相同。data的類型是atomic_long_t,這個類型從字面上看可以知道是一個原子類型。第一次看到這個變量時,很容易誤認爲和以前的data是同樣的用法,只不過類型變了而已,其實不然,這裏的data是之前版本的pending和wq_data的複合體,起到了以前的pending和wq_data的作用。

func的參數是一個work_struct指針,指向的數據就是定義func的work_struct。

看到這裏,會有兩個疑問,第一,如何把用戶的數據作爲參數傳遞給func呢?以前有void *data來作爲參數,現在好像完全沒有辦法做到;第二,如何實現延遲工作?目前版本的work_struct並沒有定義timer。

解決第一個問題,需要換一種思路。2.6.20版本之後使用工作隊列需要把work_struct定義在用戶的數據結構中,然後通過container_of來得到用戶數據。具體用法可以參考稍後的實作。

對於第二個問題,新的工作隊列把timer拿掉的用意是使得work_struct更加單純。首先回憶一下之前版本,只有在需要延遲執行工作時纔會用到timer,普通情況下timer是沒有意義的,所以之前的做法在一定程度上有些浪費資源。所以新版本中,將timer從work_struct中拿掉,然後又定義了一個新的結構delayed_work用於處理延遲執行:

struct delayed_work {

    struct work_struct work;

    struct timer_list timer;

};


下面把API羅列一下,每個函數的解釋可參考之前版本的介紹或者之後的實作:

1) INIT_WORK(struct work_struct *work, work_func_t func)

2) INIT_DELAYED_WORK(struct delayed_work *work, work_func_t func)

3) int schedule_work(struct work_struct *work)

4) int schedule_delayed_work(struct delayed_work *work, unsigned long delay)

5) struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name)

6) int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work)

7) int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq, struct delayed_work *work, unsigned long delay)

8) void flush_scheduled_work(void)

9) void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq)

10) int cancel_delayed_work(struct delayed_work *work)

11) void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq)

其中,1), 2), 4) ,7)和以前略有區別,其他用法完全一樣。

實作:
struct my_struct_t {
    char *name;
    struct work_struct my_work;
};

void my_func(struct work_struct *work)
{
    struct my_struct_t *my_name = container_of(work, struct my_struct_t, my_work);
    printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, my_name->name);
}
struct workqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”);
struct my_struct_t my_name;
my_name.name = “Jack”;
INIT_WORK(&(my_name.my_work), my_func);
queue_work(my_wq, &my_work);
destroy_workqueue(my_wq);

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